L'uso di energia solare gratuita è un buon modo per risparmiare carburante ed elettricità spesi per il riscaldamento di una casa privata. L'uso massiccio dei sistemi solari è ostacolato dal prezzo elevato dei ricevitori di calore e delle relative apparecchiature: un serbatoio di accumulo, una pompa di circolazione, un'unità di controllo elettronica e altri accessori. L'unico modo per ridurre i costi è realizzare un collettore solare con le proprie mani con materiali economici e assemblare uno schema di reggiatura standard.
Il principio di funzionamento dei riscaldatori solari
Prima di intraprendere la produzione di un sistema solare fatto in casa, vale la pena esplorare il dispositivo di collettori solari fabbricati in fabbrica: aria e acqua. I primi sono usati per il riscaldamento diretto dei locali, i secondi sono usati come scaldabagni o refrigeranti non congelanti - antigelo.
Riferimento. Le installazioni aeree non sono molto popolari a causa della funzionalità limitata. Gli scaldacqua solari sono più richiesti, perché possono fornire riscaldamento, acqua calda e aumentare le temperature nelle piscine all'aperto.
L'elemento principale del sistema solare è il collettore solare stesso, offerto in 3 versioni:
- Scaldabagno piatto. È una scatola sigillata, isolata dal basso. All'interno è presente un dissipatore di calore (assorbitore) costituito da una lamiera su cui è fissata una bobina di rame. La parte superiore è rivestita in vetro resistente.
- Il design del collettore del riscaldatore d'aria è simile alla versione precedente, solo l'aria circolata dalla ventola circola attraverso i tubi anziché il refrigerante.
- Il dispositivo del collettore di vuoto tubolare è sostanzialmente diverso dai modelli piatti. L'apparato è costituito da boccette di vetro durevoli in cui sono posizionati tubi di rame. Le loro estremità sono collegate a 2 autostrade: alimentazione e ritorno, l'aria dalle boccette viene espulsa.
Addizione. Esiste un altro tipo di scaldacqua sotto vuoto, in cui le boccette di vetro sono sigillate ermeticamente e riempite con una sostanza speciale che evapora a bassa temperatura. Durante l'evaporazione, il gas assorbe una grande quantità di calore trasferito all'acqua. Nel processo di trasferimento di calore, la sostanza si condensa di nuovo e scorre sul fondo del pallone, come mostrato nella figura.
I tipi di collettori elencati utilizzano il principio del trasferimento diretto del calore della radiazione solare (altrimenti - l'insolazione) al liquido o all'aria che scorre. Lo scaldabagno piatto funziona in questo modo:
- Acqua o antigelo si muovono attraverso uno scambiatore di calore in rame ad una velocità di 0,3-0,8 m / s, pompato da una pompa di circolazione (sebbene esistano modelli a gravità per docce esterne).
- I raggi del sole riscaldano il foglio assorbente e il tubo della bobina strettamente collegati ad esso. La temperatura del liquido di raffreddamento che scorre aumenta di 15-80 gradi, a seconda della stagione, dell'ora del giorno e del tempo in strada.
- Per eliminare la perdita di calore, le superfici inferiore e laterale del corpo sono isolate con schiuma di poliuretano o schiuma di polistirene estruso.
- Il vetro superiore trasparente ha 3 funzioni: protegge il rivestimento selettivo dell'assorbitore, impedisce al vento di soffiare sulla bobina e crea uno spazio d'aria sigillato che trattiene il calore.
- Il portatore di calore caldo entra nello scambiatore di calore del serbatoio di accumulo - serbatoio di accumulo o caldaia a riscaldamento indiretto.
Poiché la temperatura dell'acqua nel circuito dell'apparecchio varia con il variare delle stagioni e dei giorni, il collettore solare non può essere utilizzato direttamente per il riscaldamento e l'acqua calda. L'energia ricevuta dal sole viene trasferita al portatore di calore principale attraverso la bobina del serbatoio - la batteria (caldaia).
Un'eccezione: installazioni solari per piscine, riscaldamento dell'acqua del serbatoio direttamente o tramite un semplice scambiatore di calore.
L'efficienza dell'apparato tubolare è migliorata dal vuoto e da una parete riflettente interna in ciascun pallone. I raggi del sole passano liberamente attraverso lo strato airless e riscaldano il tubo di rame con antigelo, ma il calore non può superare il vuoto e andare fuori, quindi le perdite sono minime. Un'altra parte della radiazione entra nel riflettore e si concentra sulla linea di galleggiamento. Secondo i produttori, l'efficienza dell'installazione raggiunge l'80%.
Facciamo un collezionista d'acqua
Uno scaldabagno a vuoto non può essere realizzato a casa per ovvi motivi. Pertanto, adottiamo un design piatto con uno scambiatore di calore e un assorbitore che raccoglie la luce solare. Idealmente, è necessario calcolare l'area del ricevitore e la temperatura dell'acqua in uscita, che dipende da molti fattori:
- regione di residenza e livello di insolazione;
- temperatura ambiente, soprattutto in inverno;
- l'area della superficie di scambio termico che percepisce l'esposizione al sole;
- materiale e rivestimento della bobina;
- temperatura del liquido di raffreddamento in ingresso;
- l'angolo del pannello rispetto al sole;
- portata d'acqua attraverso i tubi dello scambiatore di calore.
Su Internet non è difficile trovare calcoli delle prestazioni del collettore solare, ma ti avvertiamo: i calcoli sono molto imprecisi.
Esempio. Il fatto è preso come base: in una giornata limpida, 500-800 W di energia solare arrivano su 1 m² di superficie. Inoltre, utilizzando la formula della scuola m = Q / 1.163 x Δt, determiniamo la massa di acqua riscaldata a 40 ° C da uno scambiatore di calore da 1 m²: 500 / 1.163 x 40 = 10,7 litri all'ora. Con un'insolazione di 800 W / m², è possibile riscaldare 17,2 l / h. Ma il diavolo è nei dettagli: la cifra iniziale di 0,5-0,8 kW per metro quadrato è una cifra molto approssimativa.
Offriamo un approccio semplificato al problema descritto nelle istruzioni dettagliate:
- Determina il luogo e l'area che sei pronto a dare al collezionista.
- In base ai prezzi dei materiali, selezionare l'opzione appropriata per il montaggio della bobina e dell'alloggiamento.
- Realizza un prototipo, collega al riscaldamento o alla fornitura d'acqua secondo lo schema corretto. Mostreremo i metodi di associazione nelle seguenti sezioni di questo articolo.
- Testare il circuito di riscaldamento a casa e trarre ulteriori conclusioni sull'aumento / diminuzione della potenza, sulle modifiche di progettazione e così via.
Ora attraverseremo ciascuna fase separatamente, concentrandoci sulle insidie.
Posizionamento di un impianto termico
In realtà, ci sono solo due opzioni per la posizione del collezionista fatto in casa: sul tetto dell'edificio o nell'area aperta dell'area della casa. Quando scegli un luogo, segui semplici regole:
- Il sito dovrebbe essere illuminato il più possibile durante il giorno, non oscurato da alberi e altri annessi.
- Se installato sul tetto, viene selezionata una pendenza più delicata, dove sempre arriva la radiazione solare. È chiaro che la parte ripida del tetto a mansarda rotto non funzionerà.
- Non effettuare installazioni di acqua calda destinate al riscaldamento o alla fornitura di acqua calda lontano da casa. La lunghezza della tubazione di alimentazione, la perdita di calore e i costi di installazione aumenteranno.
- Orienta il collettore di terra in modo che il sole, spostandosi visivamente da est a ovest, illumini costantemente il dissipatore di calore. L'angolo di installazione del pannello è di 60 ± 15 °.
Nota. L'efficienza dell'elemento riscaldante può essere aumentata con l'aiuto di un concentratore solare parabolico che raccoglie i raggi in un singolo raggio, che viene inviato all'assorbitore. I metodi di costruzione e assemblaggio dello specchio concavo sono mostrati nel video.
Gli impianti solari, progettati per riscaldare l'acqua in una doccia estiva, si trovano sul tetto di questo edificio e sono collegati per gravità. I dispositivi per il riscaldamento delle piscine sono situati accanto alla vasca del serbatoio.
Selezione del materiale
Abbiamo fatto una selezione di accessori per la produzione di scaldacqua solari sulla base di recensioni e argomenti discussi nel popolare forum Forumhouse. Quindi, la scatola rettangolare del ricevitore è solitamente composta da una trave di legno o da cornici già pronte di vecchie finestre. La parete posteriore dell'alloggiamento è isolata con lana di basalto, schiuma di polistirene o schiuma di polistirene estruso.
Mancia. La parte inferiore della scatola può essere realizzata con un isolamento in polimero di alluminio. Lo strato di metallo servirà da assorbitore: non è necessario inserire un foglio aggiuntivo.
Gli artigiani domestici realizzano scambiatori di calore da una varietà di tubi:
- polietilene nero (HDPE);
- acciaio inossidabile ondulato;
- rame e alluminio;
- polipropilene e metallo plastica;
- polietilene reticolato;
- radiatori in acciaio a pannelli.
Dal punto di vista dell'efficienza e della durata, è meglio usare tubi in alluminio, rame e acciaio inossidabile con la migliore conduttività termica. La mancanza di materiale è il prezzo elevato.
I tubi di plastica sono molto più economici dei tubi di metallo e più facili da installare. Ma quando si usano i polimeri, è necessario prendere in considerazione una serie di sfumature:
- eventuali plastiche vengono gradualmente distrutte sotto l'influenza delle radiazioni ultraviolette;
- le pareti dei tubi PPR sono troppo spesse, conducono male il calore;
- la plastica di alta qualità è troppo costosa per i nostri scopi e spesso si stratifica su curve e collassa rapidamente al sole;
- il polietilene reticolato “ricorda” la curva iniziale nella baia, è conveniente ricavarne una bobina anulare e raddrizzare non è facile;
- I tubi in HDPE necessari per acquistare una serie alimentare (con una striscia blu), sono meglio protetti dalle radiazioni ultraviolette.
Riferimento. La versione più semplice dello scambiatore di calore della piscina è un tubo da giardino nero posato con una “lumaca”. Il meno del materiale è la rottura della gomma a causa di un'esposizione prolungata al sole.
I tubi a parete sottile in HDPE sono una scelta eccellente in termini di rapporto qualità / prezzo. La superficie nera assorbe bene il calore solare, i raccordi di collegamento sono economici. La tubazione è fissata all'assorbitore con morsetti di plastica o una striscia di stagno sulle viti.
Come foglio assorbente, è possibile utilizzare il nero normale o l'acciaio inossidabile verniciato. L'opzione ideale è foglio di alluminio o rame.
La parte superiore della scatola è chiusa con i seguenti materiali trasparenti tra cui scegliere:
- vetro ordinario o rinforzato;
- involucro di plastica trasparente;
- policarbonato cellulare sottile.
Mancia. Non utilizzare finestre a doppi vetri già pronte da finestre di plastica come elemento traslucido. In inverno, con una grande differenza di temperatura tra l'aria di strada e la camera del collettore chiuso, il pacchetto a due strati non resiste e si incrina.
Consigli di montaggio
Il processo di produzione di un collettore solare è così ovvio che non ha senso dipingere istruzioni dettagliate. Il compito è quello di rendere la camera più ermetica installando uno scambiatore di calore su un assorbitore di metallo all'interno. Ti daremo solo alcuni consigli per proteggerti dagli errori:
- I tubi dello scambiatore di calore possono essere posati longitudinalmente o con una spirale (chiocciola). Riduci la distanza tra le linee adiacenti (giri) - da 1 a 4 cm.
- La tenuta all'aria della custodia si ottiene lubrificando i giunti con sigillante siliconico o ponendo guarnizioni in gomma.
- I tubi sono fissati alla base in qualsiasi modo conveniente - con morsetti in plastica, una striscia di metallo o semplicemente fissati ai lati con viti autofilettanti.
- L'intera cavità interna è verniciata con smalto nero resistente al calore (venduto in bombolette spray).
- Lo spessore dello strato isolante sul retro dello scaldabagno è di almeno 50 mm.
- È più semplice tirare in alto un film trasparente: questa è l'opzione migliore per un prototipo. Successivamente, non è difficile sostituire il vetro.
Un'altra raccomandazione Le parti in legno devono essere trattate con un antisettico.Coprire il telaio saldato da profili in acciaio con un primer e 2 strati di vernice leggera.
Dopo aver assemblato il pannello del dissipatore di calore, riempire la serpentina con acqua e verificare la presenza di perdite. Quindi testare il collettore solare: collegare l'uscita al serbatoio, installare il pannello al sole e misurare periodicamente la temperatura dell'acqua, tenendo conto del tempo di riscaldamento. Sulla base di indicatori reali, è facile determinare le prestazioni di uno scaldabagno.
Schema elettrico
Un collettore progettato per riscaldare l'acqua nella doccia è collegato a un serbatoio di accumulo per gravità. Una condizione importante: l'installazione solare deve essere posizionata sotto il serbatoio principale, in modo che l'acqua calda a bassa densità salga attraverso il tubo e sposta quella fredda. Il disegno di tale sistema è mostrato nel disegno.
Quando è collegato a una caldaia o ad un accumulatore di calore, il collettore solare funge da fonte di calore a tutti gli effetti. I produttori di sistemi solari suggeriscono l'uso di uno schema di pressione a due tubi, che include gli elementi obbligatori richiesti:
- pompa di circolazione che sviluppa una pressione di 0,4 bar;
- tipo di membrana del vaso di espansione;
- sfiato automatico;
- valvola di sicurezza, progettata per funzionare a una pressione di 2 bar;
- manometro;
- termometro;
- valvole di intercettazione, valvola di reintegro;
- controller con due sensori di temperatura;
- isolamento termico per condotte di alimentazione.
Un punto importante Se una batteria di più collettori è collegata al serbatoio di accumulo, è necessario aumentare la capacità della pompa e il volume del serbatoio di espansione. La capacità minima del serbatoio a membrana è del 10% della quantità totale di refrigerante nel circuito.
Lo schema funziona in questo modo:
- Il dissipatore di calore si collega alla serpentina inferiore del serbatoio di accumulo, dove l'acqua è più fredda.
- Il controller per mezzo di sensori confronta la temperatura dell'acqua (antigelo) nel tubo di alimentazione e nell'accumulatore di calore.
- L'unità elettronica arresta la pompa quando la temperatura dell'acqua nel serbatoio è uguale o superiore alla temperatura di mandata.
- L'aria che entra nel circuito viene scaricata attraverso una valvola automatica installata nella parte superiore del sistema.
- In caso di surriscaldamento del liquido di raffreddamento a causa dell'arresto della pompa (è impossibile spegnere il sole), la valvola di sicurezza funzionerà e alleggerirà la pressione in eccesso.
L'elemento circuitale più costoso è un'unità di controllo elettronica. Come posso fare a meno di un controller:
- acquista su Aliexpress un termostato più economico, innescato da una differenza di temperatura;
- impostare un timer diurno e notturno e un termostato meccanico per spegnere la pompa quando il serbatoio di accumulo è al massimo calore
Come funziona la centralina cinese economica (prezzo - $ 15), guarda la recensione del video:
Riscaldamento solare
L'installazione del riscaldamento dell'aria viene eseguita in modo simile, solo lo scambiatore di calore è realizzato con tubi di diametro maggiore e il ventilatore è fornito dalla ventola. Il ricevitore per radiazioni è realizzato da artigiani con i seguenti materiali:
- ondulazione di alluminio per ventilazione;
- bottiglie di plastica inserite una nell'altra;
- lattine di birra intagliate.
Nella scatola, vengono realizzati 2 fori per i tubi dell'aria, all'interno viene posta una maglia sottile, eliminando l'ingresso di insetti. La ventola, un dispositivo di raffreddamento del computer, è installata su una delle aperture, la parte di scambio termico è verniciata di nero. I tubi di alimentazione sono isolati e posati in una stanza riscaldata. L'algoritmo di assemblaggio del collettore dell'aria è mostrato nel video:
Conclusione
L'attrattiva dei collettori solari è dovuta all'aumento dei prezzi dell'energia. Sebbene le prestazioni degli scaldabagni diminuiscano in inverno, il calore solare offre un notevole risparmio nel consumo di carburante dalla fonte principale: la caldaia. Se vuoi riscaldare il più possibile la tua casa di campagna con energia solare gratuita, ti consigliamo di prestare attenzione alle installazioni con concentratori di specchi.Questi dispositivi estremamente efficaci sono ampiamente utilizzati in Europa e in America.